一种环境友好型铁基矿物复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，包括如下步骤：A、将铁材料和天然矿物投加到球磨机中，研磨混合均匀后，得到混合粉末；B、将混合粉末加入到混合造粒机中，先低速进行混合搅拌，同时缓慢向混合粉末喷洒粘合剂，使粘合剂与混合粉末充分接触混合，制得球型复合材料；C、将球型复合材料放入气氛炉中，氮气保护下高温焙烧硬化，在自然冷却后得到铁基矿物复合材料。本发明专利技术制备的球型颗粒状铁基矿物复合材料，具有较强的吸附和还原性能，既可以保证其在水体中的渗透性，又有利于与水体中重金属离子充分接触反应，可实现水体中多种重金属的去除。该铁基矿物复合材料制备工艺简单可控，成本低廉，满足大规模生产的条件。

【技术实现步骤摘要】
一种环境友好型铁基矿物复合材料及其制备方法与应用
本专利技术属于水处理技术与复合材料
，具体涉及一种环境友好型铁基矿物复合材料及其制备方法与应用。
技术介绍
随着我国工业的迅猛发展和人类活动的急剧增加，特别是采矿、选矿、冶炼、电镀、化工、制革、造纸和电子等行业产生含有重金属废物及废水的大量排放，对地表水和地下水等造成了严重的污染。当前，地下水重金属污染问题日益突出，防控形势严峻，已成为“水十条”和“土十条”的重要关切。对于受重金属污染水体的修复，目前在高效、持续、经济的修复材料研发方面仍存在诸多挑战。近年来，由于铁基材料具有极好的吸附、沉淀及还原性能，基于铁材料的修复技术在污染水体修复领域取得了迅速的发展，不同改性的纳米/颗粒零价铁、铁氧化物、铁复合材料等成为当前重金属污染修复的研究热点。但是，现有单一的铁基材料往往对重金属污染物去除能力有限，而铁基复合材料主要以多金属、活性炭等作为载体与铁溶液化学反应合成为主，且制备工艺复杂、成本高昂，难以规模化应用于实际重金属污染地下水的修复。例如，CN103754952B公开的铁基材料是通过亚铁盐与三价铁盐混合物依次加入分散剂、稳定剂、捕收剂，经过一系列复杂的反应制备而成。CN104174355B公开的沸石负载纳米铁材料是将沸石颗粒在FeCl3溶液中振荡反应至沸石饱和吸附Fe3+，通过NaBH4溶液还原反应，经冷冻干燥制得。CN110153157B公开的多孔铁基吸附材料是将流态化焙烧制备的铁碳粉通过氧化性溶液氧化改性后，在其表面均匀撒上易电离盐类，自然反应后制得。CN109821878A公开的蛭石负载纳米零价铁材料是通过在氮气环境中将NaBH4溶液滴入到加入蛭石的硫酸铁溶液中，经洗涤、烘干，得蛭石负载纳米零价铁；CN109821878A公开的蛭石负载四氧化三铁材料是将FeCl2和FeCl3溶解于去氧气的去离子水中，并加入蛭石在一定温度下搅拌，滴入氢氧化钠溶液并加热搅拌，冷却，洗涤，烘干，得蛭石负载纳米四氧化三铁。但是，以上铁基材料多为微米、纳米尺度的粉末状，均无法实现复合材料的球型化和大颗粒化定制，在水体中渗透性较差，不利于后期失活后的回收处理。另外，所公布制备方法主要是利用多种试剂、材料通过复杂的化学反应等步骤实现制备，制备过程中涉及高成本的化学试剂、繁琐的制备过程及工艺参数限定，使其生产成本高昂、各环节可控性差，无法实现工业化的批量生产，限定了其在实际重金属污染水体修复中的应用。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术提供一种铁基矿物复合材料及其制备方法，目的一是提供一种具有还原性能、吸附容量大、渗透性好、环境友好的铁基矿物复合材料，目的二是提供一种制备工艺简单可控、成本低廉、易于工业化批量生产的铁基矿物复合材料的制备方法。本专利技术采用的技术方案为：一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，包括如下步骤：A、将铁材料和天然矿物投加到球磨机中，研磨混合均匀后，得到混合粉末；B、将混合粉末加入到混合造粒机中，先低速进行混合搅拌，同时缓慢向混合粉末喷洒粘合剂，使粘合剂与混合粉末充分接触混合，粘合剂添加完成后立即调高造粒机转速，运行一定时间后制得球型复合材料；C、将球型复合材料放入气氛炉中，在惰性气体环境下，高温焙烧硬化，在自然冷却后得到铁基矿物材料。进一步地，所述铁材料为粒径不大于4mm的零价铁或铁粉颗粒，所述天然矿物为粒径不大于4mm的沸石或碳酸盐岩颗粒，所述铁材料与天然矿物添加的质量比为1:9～1:3。进一步地，所述球磨机是内衬为特氟龙的真空球磨罐，研磨时先对其进行抽真空，并通入氮气作为保护气再进行研磨，防止铁材料被氧化。进一步地，所述粘结剂为质量分数为10％～20％的海藻酸钠或正硅烷或聚乙烯醇溶液，粘合剂添加量为混合粉末总质量的15％～18％。进一步地，所述B步骤中粘合剂的添加方法为：在造粒机转速为100～120rpm/min的条件下以向每1kg混合粉末添加75～100mL/min的速度，将粘合剂通过造粒机内部喷头喷洒到混合粉末上。进一步地，所述粘合剂添加完成后，造粒机以600～1450rpm/min的转速运转，运转时间为2～3min。进一步地，所述气氛炉的加热温度为200～600℃，加热时间为2～4h，所述惰性气体为氮气，具体步骤为：先利用真空泵将气氛炉内抽真空使气氛炉内压强降至-0.04Mpa以下，再通入氮气使气氛炉内压强达到0.02Mpa以上，并保持焙烧过程中压力恒定在此范围。一种环境友好型铁基矿物复合材料，所述铁基矿物复合材料由零价铁、铁氧化物和天然矿物构成，铁氧化物中铁的价态为二价和三价。进一步地，所述铁基矿物复合材料的粒径为2～4mm，且为球型颗粒状。一种环境友好型铁基矿物复合材料的应用，所述铁基矿物复合材料可作为渗透反应格栅的反应介质用于重金属污染地下水的修复。本专利技术获得的有益效果为：本专利技术制备的铁基矿物复合材料，为球型结构，颗粒状，平均粒径2～4mm，既可以保证其在水体中的渗透性，又有利于与水体中重金属离子充分接触反应，且便于后期再回收处理。1、本专利技术制备的铁基矿物复合材料，具有较强的吸附和还原性能，可实现水体中多种重金属如Pb2+和Cr6+的高效去除，具有去除效率高、反应速率快的优点。2、本专利技术制备的铁基矿物复合材料无毒无害，不会给水体带来二次污染。3、本专利技术所述铁基矿物复合材料的制备方法提供了可定制化的制备工艺，可根据需求制造不同粒径大小的铁基矿物复合材料，也可精准控制铁基矿物复合材料中铁材料的含量，调控材料的吸附和还原性能。4、本专利技术铁基矿物复合材料的制备工艺简单可控，成本低廉，可大规模生产，有望在实际污染修复工程中得到广泛应用。5、本专利技术制备的铁基矿物复合材料具有高渗透性、高吸附容量和一定还原性，可作为渗透反应格栅的反应介质应用于具有不同渗透系数含水层的地下水污染修复。附图说明图1为铁基矿物复合材料制备流程示意图；图2为实施例1制备的铁基沸石的能谱分析图；图3为实施例2制备的铁基沸石的能谱分析图；图4为实施例1制备的铁基沸石X射线光电子能谱Fe元素精细窄扫图谱；图5为实施例1制备的铁基沸石与Cr6+反应后的X射线光电子能谱Cr元素精细窄扫图谱；图6为实施例4制备的铁基碳酸盐岩与Cd2+反应后的X射线衍射图谱；图7为实施例1制备的铁基沸石实物图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。实施例1：一种铁基矿物复合材料的制备方法，具体为一种铁基沸石复合材料的制备方法，包括以下步骤：a.分别将粒径为1～4mm的天然沸石和0.1～1μm零价铁粉按质量比为9:1的量投加到球磨机的内衬特氟龙真空球磨罐中，球磨罐体积为500mL，研磨球直径为2～8mm，天然沸石和零价铁粉的投加总量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：/nA、将铁材料和天然矿物投加到球磨机中，研磨混合均匀后，得到混合粉末；/nB、将混合粉末加入到混合造粒机中，先低速进行混合搅拌，同时缓慢向混合粉末喷洒粘合剂，使粘合剂与混合粉末充分接触混合，粘合剂添加完成后立即调高造粒机转速，运行一定时间后制得球型复合材料；/nC、将球型复合材料放入气氛炉中，在惰性气体环境下，高温焙烧硬化，在自然冷却后得到铁基矿物材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
A、将铁材料和天然矿物投加到球磨机中，研磨混合均匀后，得到混合粉末；
B、将混合粉末加入到混合造粒机中，先低速进行混合搅拌，同时缓慢向混合粉末喷洒粘合剂，使粘合剂与混合粉末充分接触混合，粘合剂添加完成后立即调高造粒机转速，运行一定时间后制得球型复合材料；
C、将球型复合材料放入气氛炉中，在惰性气体环境下，高温焙烧硬化，在自然冷却后得到铁基矿物材料。


2.根据权利要求1所述一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，其特征在于：所述铁材料为粒径不大于4mm的零价铁或铁粉颗粒，所述天然矿物为粒径不大于4mm的沸石或碳酸盐岩颗粒，所述铁材料与天然矿物添加的质量比为1:9～1:3。


3.根据权利要求1所述一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，其特征在于：所述球磨机是内衬为特氟龙材质的真空球磨罐，研磨时先对其进行抽真空，并通入氮气作为保护气再进行研磨，防止铁材料被氧化。


4.根据权利要求1所述一种环境友好型铁基矿物复合材料的制备方法，其特征在于：所述粘结剂为质量分数为10％～20％的海藻酸钠或正硅烷或聚乙烯醇溶液，粘合剂添加量为混合粉末总质量的15％～18％。


5.根据权利要求1所述一种环境友好型铁基矿物复合材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：孔祥科，马丽莎，刘圣华，张威，李卉，宋乐，
申请(专利权)人：中国地质科学院水文地质环境地质研究所，
类型：发明
国别省市：河北;13